特許第6619397号(P6619397)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6619397無線通信システム、受信装置および通信方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6619397
(24)【登録日】2019年11月22日
(45)【発行日】2019年12月11日
(54)【発明の名称】無線通信システム、受信装置および通信方法
(51)【国際特許分類】
   H04B 7/005 20060101AFI20191202BHJP
   H04B 3/10 20060101ALI20191202BHJP
   H04L 27/01 20060101ALI20191202BHJP
【FI】
   H04B7/005
   H04B3/10 C
   H04L27/01
【請求項の数】6
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2017-138103(P2017-138103)
(22)【出願日】2017年7月14日
(65)【公開番号】特開2019-22051(P2019-22051A)
(43)【公開日】2019年2月7日
【審査請求日】2019年1月28日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100072718
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 史旺
(74)【代理人】
【識別番号】100151002
【弁理士】
【氏名又は名称】大橋 剛之
(74)【代理人】
【識別番号】100201673
【弁理士】
【氏名又は名称】河田 良夫
(72)【発明者】
【氏名】福園 隼人
(72)【発明者】
【氏名】上野 衆太
(72)【発明者】
【氏名】徳安 朋浩
(72)【発明者】
【氏名】立川 伸彦
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 俊夫
(72)【発明者】
【氏名】永瀬 文昭
(72)【発明者】
【氏名】品川 晃祥
(72)【発明者】
【氏名】中村 宏之
【審査官】 対馬 英明
(56)【参考文献】
【文献】 特開平5−252067(JP,A)
【文献】 国際公開第2013/054550(WO,A1)
【文献】 国際公開第2012/127740(WO,A1)
【文献】 特開2000−124840(JP,A)
【文献】 特開平11−8573(JP,A)
【文献】 BELFIORE C. A. et al.,Decision Feedback Equalization,Proceedings of the IEEE,米国,IEEE,1979年 8月,Vol.67, No.8,page 1143-1156
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04B 1/76−3/44
H04B 3/50−3/60
H04B 7/00−7/015
H04L 27/00−27/38
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トレーニング信号とデータ信号とを送信する送信装置と、送信された前記トレーニング信号とデータ信号とを受信する受信装置とを有する無線通信システムにおいて、
前記受信装置は、
受信した前記データ信号に対して実行する判定帰還型の等化処理におけるフィードフォワードフィルタの複数の第1タップ係数と、フィードバックフィルタの複数の第2タップ係数とを、受信した前記トレーニング信号を用いて推定する第1推定部と、
受信した前記トレーニング信号を用いて、前記送信装置との間の第1通信路応答を推定する第2推定部と、
前記第2推定部により推定された前記第1通信路応答と、前記第1通信路応答が推定される前に前記第2推定部により推定された通信路応答との差分から前記第1通信路応答の時間変化を示す時変動成分を算出する算出部と、
前記第1通信路応答の逆応答を算出する適応等化部と、
算出された前記時変動成分が所定値より小さい場合、前記第1通信路応答の前記時変動成分と、前記第1通信路応答の逆応答と、前記第1通信路応答とを用いて、前記複数の第1タップ係数を複数の第3タップ係数に、前記複数の第2タップ係数を複数の第4タップ係数に更新する更新部と、
前記複数の第1タップ係数と前記複数の第2タップ係数、または前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用いて、受信した前記データ信号に対して前記判定帰還型の等化処理を実行する等化部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項2】
請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記等化部は、前記算出部により算出された前記時変動成分が所定値より小さい場合、前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用い、前記時変動成分が所定値以上の場合、前記複数の第1タップ係数と前記複数の第2タップ係数とを用いることを特徴とする無線通信システム。
【請求項3】
請求項2に記載の無線通信システムにおいて、
前記等化部は、前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用いる場合、前記更新部より出力される数の前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用いることを特徴とする無線通信システム。
【請求項4】
請求項2に記載の無線通信システムにおいて、
前記等化部は、前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用いる場合、前記複数の第3タップ係数のうち前記第1推定部により出力される前記複数の第1タップ係数と同じ数の前記第3タップ係数を用い、前記複数の第4タップ係数のうち前記第1推定部により出力される前記複数の第2タップ係数と同じ数の前記第4タップ係数を用いることを特徴とする無線通信システム。
【請求項5】
送信装置により送信されたトレーニング信号とデータ信号とを受信する受信部と、
受信した前記データ信号に対して実行する判定帰還型の等化処理におけるフィードフォワードフィルタの複数の第1タップ係数と、フィードバックフィルタの複数の第2タップ係数とを、受信した前記トレーニング信号を用いて推定する第1推定部と、
受信した前記トレーニング信号を用いて、前記送信装置との間の第1通信路応答を推定する第2推定部と、
前記第2推定部により推定された前記第1通信路応答と、前記第1通信路応答が推定される前に前記第2推定部により推定された通信路応答との差分から前記第1通信路応答の時間変化を示す時変動成分を算出する算出部と、
前記第1通信路応答の逆応答を算出する適応等化部と、
算出された前記時変動成分が所定値より小さい場合、前記第1通信路応答の前記時変動成分と、前記第1通信路応答の逆応答と、前記第1通信路応答とを用いて、前記複数の第1タップ係数を複数の第3タップ係数に、前記複数の第2タップ係数を複数の第4タップ係数に更新する更新部と、
前記複数の第1タップ係数と前記複数の第2タップ係数、または前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用いて、受信した前記データ信号に対して前記判定帰還型の等化処理を実行する等化部と
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項6】
送信装置により送信されたトレーニング信号とデータ信号とを受信する受信装置の通信方法において、
受信した前記データ信号に対して実行する判定帰還型の等化処理におけるフィードフォワードフィルタの複数の第1タップ係数と、フィードバックフィルタの複数の第2タップ係数とを、受信した前記トレーニング信号を用いて推定し、
受信した前記トレーニング信号を用いて、前記送信装置との間の第1通信路応答を推定し、
推定した前記第1通信路応答と、前記第1通信路応答が推定される前に推定した通信路応答との差分から前記第1通信路応答の時間変化を示す時変動成分を算出し、
前記第1通信路応答の逆応答を算出し、
算出された前記時変動成分が所定値より小さい場合、前記第1通信路応答の前記時変動成分と、前記第1通信路応答の逆応答と、前記第1通信路応答とを用いて、前記複数の第1タップ係数を複数の第3タップ係数に、前記複数の第2タップ係数を複数の第4タップ係数に更新し、
前記複数の第1タップ係数と前記複数の第2タップ係数、または前記複数の第3タップ係数と前記複数の第4タップ係数とを用いて、受信した前記データ信号に対して前記判定帰還型の等化処理を実行する
ことを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信システム、受信装置および通信方法に関する。
【背景技術】
【0002】
無線通信システムは、大容量のデータを伝送するために広帯域化が図られている。しかしながら、無線通信システムは、広帯域化により、建物等の反射や回折等で発生する電磁波の遅延による周波数選択性フェージングの影響を受ける。
【0003】
このため、電磁波の遅延を時間領域で等化し、周波数選択性フェージングを補償する線形等化器(LE:Linear Equalizer)や判定帰還型等化器(DFE:Decision Feedback Equalizer)等の技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】C.A. Belfore, and J.H, Park, Jr., “Decision Feedback Equalization,” Proc. IEEE, Vol.67, No.8, pp.1143-1156, 1979.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術では、受信した電磁波のトレーニング信号に対して、RLS(Recursive Least Square)等の適応等化処理を実行することにより、遅延を補償するタップのタップ数および各タップのタップ係数を算出する。そして、従来技術は、算出した各タップのタップ係数を用いて、受信した電磁波のデータ信号に対して等化処理を実行し、データ信号における遅延を補償する。しかしながら、タップ数を増加させることにより、遅延の補償の精度(通信品質)は向上するが、タップ係数を求める演算量は増大し、伝送速度効率が低下するという問題がある。
【0006】
また、無線通信システムにおいて電磁波が伝搬する通信路の数、すなわちチャンネルインパルス応答(CIR:Channel Impulse Response)のチャンネル数(以下、“CIR長”とも称される)を“L”とする場合、従来技術では、トレーニング信号は、2L+1以上のシンボル長を有することが求められる。しかしながら、通信路応答の遅延の広がりが大きく通信路の時変動が小さい、すなわちCIR長Lが大きく、かつ所定の伝送速度を満たすことが求められる長遅延波環境等の環境では、トレーニング信号を2L+1以上のシンボル長に設定することが困難となり、通信品質が低下する場合がある。
【0007】
本発明は、通信品質を低下させることなく、従来と比べて伝送速度効率を向上させることができる通信システム、受信装置および通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の発明は、トレーニング信号とデータ信号とを送信する送信装置と、送信されたトレーニング信号とデータ信号とを受信する受信装置とを有する無線通信システムにおいて、受信装置は、受信したデータ信号に対して実行する判定帰還型の等化処理におけるフィードフォワードフィルタの複数の第1タップ係数と、フィードバックフィルタの複数の第2タップ係数とを、受信したトレーニング信号を用いて推定する第1推定部と、受信したトレーニング信号を用いて、送信装置との間の第1通信路応答を推定する第2推定部と、第2推定部により推定された第1通信路応答と、第1通信路応答が推定される前に第2推定部により推定された通信路応答との差分から第1通信路応答の時間変化を示す時変動成分を算出する算出部と、第1通信路応答の逆応答を算出する適応等化部と、算出された時変動成分が所定値より小さい場合、第1通信路応答の時変動成分と、第1通信路応答の逆応答と、第1通信路応答とを用いて、複数の第1タップ係数を複数の第3タップ係数に、複数の第2タップ係数を複数の第4タップ係数に更新する更新部と、複数の第1タップ係数と複数の第2タップ係数、または複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用いて、受信したデータ信号に対して判定帰還型の等化処理を実行する等化部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、等化部は、算出部により算出された時変動成分が所定値より小さい場合、複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用い、時変動成分が所定値以上の場合、複数の第1タップ係数と複数の第2タップ係数とを用いることを特徴とする。
【0010】
第3の発明は、第2の発明において、等化部は、複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用いる場合、更新部より出力される数の複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用いることを特徴とする。
【0011】
第4の発明は、第2の発明において、等化部は、複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用いる場合、複数の第3タップ係数のうち第1推定部により出力される複数の第1タップ係数と同じ数の第3タップ係数を用い、複数の第4タップ係数のうち第1推定部により出力される複数の第2タップ係数と同じ数の第4タップ係数を用いることを特徴とする。
【0012】
第5の発明は、送信装置により送信されたトレーニング信号とデータ信号とを受信する受信部と、受信したデータ信号に対して実行する判定帰還型の等化処理におけるフィードフォワードフィルタの複数の第1タップ係数と、フィードバックフィルタの複数の第2タップ係数とを、受信したトレーニング信号を用いて推定する第1推定部と、受信したトレーニング信号を用いて、送信装置との間の第1通信路応答を推定する第2推定部と、第2推定部により推定された第1通信路応答と、第1通信路応答が推定される前に第2推定部により推定された通信路応答との差分から第1通信路応答の時間変化を示す時変動成分を算出する算出部と、第1通信路応答の逆応答を算出する適応等化部と、算出された時変動成分が所定値より小さい場合、第1通信路応答の時変動成分と、第1通信路応答の逆応答と、第1通信路応答とを用いて、複数の第1タップ係数を複数の第3タップ係数に、複数の第2タップ係数を複数の第4タップ係数に更新する更新部と、複数の第1タップ係数と複数の第2タップ係数、または複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用いて、受信したデータ信号に対して判定帰還型の等化処理を実行する等化部とを備えることを特徴とする受信装置である。
【0013】
第6の発明は、送信装置により送信されたトレーニング信号とデータ信号とを受信する受信装置の通信方法において、受信したデータ信号に対して実行する判定帰還型の等化処理におけるフィードフォワードフィルタの複数の第1タップ係数と、フィードバックフィルタの複数の第2タップ係数とを、受信したトレーニング信号を用いて推定し、受信したトレーニング信号を用いて、送信装置との間の第1通信路応答を推定し、推定した第1通信路応答と、第1通信路応答が推定される前に推定した通信路応答との差分から第1通信路応答の時間変化を示す時変動成分を算出し、第1通信路応答の逆応答を算出し、算出された時変動成分が所定値より小さい場合、第1通信路応答の時変動成分と、第1通信路応答の逆応答と、第1通信路応答とを用いて、複数の第1タップ係数を複数の第3タップ係数に、複数の第2タップ係数を複数の第4タップ係数に更新し、複数の第1タップ係数と複数の第2タップ係数、または複数の第3タップ係数と複数の第4タップ係数とを用いて、受信したデータ信号に対して判定帰還型の等化処理を実行することを特徴とする通信方法である。
【発明の効果】
【0014】
本発明は、通信品質を低下させることなく、従来と比べて伝送速度効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】無線通信システムの一実施形態を示す図である。
図2図1に示した受信装置が受信したトレーニング信号の受信強度の時間分布の一例を示す図である。
図3図1に示した無線通信システムにおける通信処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。
【0017】
図1は、無線通信システムの一実施形態を示す。
【0018】
図1に示した無線通信システムSYSは、例えば、通信路の時変動が少ない山岳地帯等に配置される無線通信システムであり、送信装置100と、受信装置200とを有する。送信装置100と受信装置200とは、例えば、通信路応答の遅延の広がりが大きい60MHz等のVHF(Very High Frequency)帯で広帯域の無線通信を行う。
【0019】
なお、無線通信システムSYSは、SISO(Single-Input Single-Output)等のシングルアンテナシステムでもよく、SIMO(Single-Input Multiple-Output)、MISO(Multiple-Input Single-Output)、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)等のマルチアンテナシステムでもよい。
【0020】
送信装置100は、例えば、基地局等であり、データ受信部110、変調部120、トレーニング信号生成部130、切替部140、送信部150およびアンテナANT1を有する。
【0021】
データ受信部110は、例えば、入出力インタフェース等であり、有線または無線を介して、スマートフォン等の携帯通信端末やコンピュータ装置等に接続される。また、データ受信部110は、ネットワークインタフェース等の場合、有線または無線を介してネットワークに接続される。そして、データ受信部110は、携帯通信端末、コンピュータ装置またはネットワーク等から受信したデータを変調部120に出力する。なお、データ受信部110は、受信装置200に送信するデータに対する誤り訂正符号化機能やインターリーブ機能を有してもよい。
【0022】
変調部120は、例えば、データ受信部110から受信したデータに対してQAM(Quadrature Amplitude Modulation)等の変調処理を実行し、データ信号を生成する。変調部120は、生成したデータ信号を切替部140に出力する。
【0023】
トレーニング信号生成部130は、受信装置200との間における電磁波の遅延等の通信環境を受信装置200に測定させるために、所定のシンボル長を有したトレーニング信号を生成する。トレーニング信号生成部130は、生成したトレーニング信号を切替部140に出力する。なお、トレーニング信号生成部130は、データ受信部110が携帯通信端末等からデータを受信したことを契機として、トレーニング信号を生成することが好ましい。
【0024】
切替部140は、スイッチ等である。例えば、送信装置100に含まれるプロセッサ等の制御部は、送信装置100に含まれるクロック回路等から出力される時刻を示す情報を参照して、切替部140に切り替えの制御指示を出力する。そして、切替部140は、送信装置100の制御部からの制御指示に基づいて、トレーニング信号生成部130からのトレーニング信号と、変調部120からのデータ信号とを交互に受信し、送信部150に出力する。
【0025】
送信部150は、例えば、アンテナANT1を介して、切替部140から交互に受信するトレーニング信号とデータ信号との電磁波を受信装置200に送信する。
【0026】
受信装置200は、例えば、基地局等であり、アンテナANT2、受信部210、DFE推定部220、CIR推定部230、時変動成分算出部240、適応等化部250、更新部260、DFE等化部270、復調部280およびデータ送信部290を有する。
【0027】
受信部210は、アンテナANT2を介して、送信装置100により送信されたトレーニング信号とデータ信号とを交互に含む電磁波を受信する。受信部210は、受信した電磁波をダウンコンバートし、受信部210に含まれるAD(Analog-to-Digital)変換器等を用いて、ダウンコンバートしたトレーニング信号およびデータ信号をデジタル信号に変換する。受信部210は、トレーニング信号およびデータ信号のデジタル信号をDFE推定部220、CIR推定部230および適応等化部250に出力する。
【0028】
DFE推定部220は、受信部210から受信するデジタル信号のうちトレーニング信号に対して、RLS(Recursive Least Squares)アルゴリズム等を適用し、DFE等化部270におけるフィードフォワードフィルタ(“FF(feedforward)フィルタ”とも称される)のタップ係数と、フィードバックフィルタ(“FB(feedback)フィルタ”とも称される)のタップ係数とを推定する。DFE推定部220は、第1推定部の一例である。
【0029】
例えば、DFE等化部270が、N個のタップを有するFFフィルタと、N個のタップを有するFBフィルタとを含んだ判定帰還型等化器の場合、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)は、式(1)および式(2)のように表される。
【0030】
【数1】
【0031】
なお、wは、FFフィルタのN個のタップそれぞれのタップ係数を示し、vは、FBフィルタのN個のタップそれぞれのタップ係数を示す(nは1からNの整数、mは1からNの整数)。そして、FFフィルタのタップ数NおよびFBフィルタのタップ数Nの各々は、CIR長L以上であることが求められる(例えば、神尾享秀、三瓶政一、笹岡秀一,“改良型両方向等化と逆数補間法を適用した簡略化判定帰還型等化器の特性,” 信学論(B),1994参照)。
【0032】
DFE推定部220は、トレーニング信号にRLSアルゴリズムを適用することにより、FBフィルタのタップ係数wとFBフィルタのタップ係数v、すなわち伝達関数W(z)と伝達関数V(z)とを推定する。DFE推定部220は、推定したFFフィルタの伝達関数W(z)とFBフィルタの伝達関数V(z)とを、更新部260とDFE等化部270とに出力する。
【0033】
なお、DFE推定部220は、例えば、無線通信システムSYSの動作開始時や、予め設定された所定の時刻等において、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)を推定ことが好ましい。
【0034】
CIR推定部230は、受信部210から受信するデジタル信号のうちトレーニング信号を用いて、トレーニング信号が送信装置100との間における通信路に応じたチャンネルインパルス応答(CIR)、すなわち等化係数を推定する。そして、CIR推定部230は、推定した等化係数を用いて通信路応答、すなわち通信路の伝達関数H(z)を推定し、推定した通信路応答H(z)を時変動成分算出部240に出力する。CIR推定部230は、第2推定部の一例である。CIR推定部230の動作については、図2で説明する。
【0035】
時変動成分算出部240は、受信装置200に含まれるハードディスク装置やメモリ等の記憶装置に、CIR推定部230により推定された通信路応答H(z)を保持する。時変動成分算出部240は、最新の通信路応答H(z)と、最新の通信路応答H(z)の直近に推定された通信路応答H’(z)との差分(H’(z)−H(z))を算出する。時変動成分算出部240は、算出した差分を通信路における時間変化を示す時変動成分として、更新部260に出力する。時変動成分算出部240は、算出部の一例である。時変動成分算出部240の動作については、図2で説明する。
【0036】
適応等化部250は、受信部210から受信するトレーニング信号を用いて、トレーニング信号が送信装置100との間における通信路応答の逆応答(CIRの逆応答)H(z)−1を算出する。適応等化部250は、算出した通信路応答の逆応答H(z)−1を更新部260に出力する。なお、適応等化部250は、CIR推定部230により推定された通信路応答H(z)を用いて通信路応答の逆応答H(z)−1を求めてもよい。
【0037】
更新部260は、時変動成分算出部240により算出された時変動成分が所定値より小さい場合、CIR推定部230により推定された通信路応答H(z)と、適応等化部250により算出された通信路応答の逆応答H(z)−1と、通信路応答の時変動成分とを用いて、DFE推定部220により推定されたFFフィルタおよびFBフィルタのタップ係数を更新する。更新部260は、更新したFFフィルタおよびFBフィルタのタップ係数をDFE等化部270に出力する。更新部260の動作については、図2で説明する。
【0038】
DFE等化部270は、例えば、判定帰還型等化器であり、DFE推定部220により推定されたFFフィルタおよびFBフィルタのタップ係数、または更新部260により更新されたFFフィルタおよびFBフィルタのタップ係数とを用いて、受信したデータ信号に等化処理を実行し、データ信号における遅延を補償する。
【0039】
例えば、DFE等化部270は、時変動成分算出部240により算出された時変動成分が所定値より小さい場合、更新部260より更新されたFFフィルタおよびFBフィルタのタップ係数を用いて、受信したデータ信号に等化処理を実行する。一方、DFE等化部270は、時変動成分算出部240により算出された時変動成分が所定値以上の場合、DFE推定部220により推定されたFFフィルタおよびFBフィルタのタップ係数を用いて、受信したデータ信号に等化処理を実行する。DFE等化部270は、遅延を補償したデータ信号を復調部280に出力する。
【0040】
復調部280は、DFE等化部270から受信したデータ信号に対して復調処理を実行し、復調したデータをデータ送信部290に出力する。
【0041】
データ送信部290は、例えば、入出力インタフェースやネットワークインタフェース等であり、有線または無線を介して、携帯通信端末、コンピュータ装置やネットワーク等に接続される。そして、データ送信部290は、復調部280より受信したデータを外部の携帯通信端末、コンピュータ装置やネットワーク等に出力する。また、データ送信部290は、送信装置100から受信したデータに対する誤り訂正復号機能やデインターリーブ機能を有してもよい。
【0042】
図2は、図1に示した受信装置200が受信したトレーニング信号の受信強度の時間分布の一例を示す。図2の横軸は、トレーニング信号が最初に受信された時刻t0を基準にした時刻を示す。図2の縦軸は、トレーニング信号が時刻t0に最初に受信された受信強度を基準にした相対的な受信強度を示す。
【0043】
破線で示したトレーニング信号の受信強度は、時間が経過するに従い、より長い伝搬路を伝搬したトレーニング信号が受信されることにより減衰する。例えば、CIR推定部230は、マイナス30dB等の閾値αより小さい受信強度のトレーニング信号はノイズとの判別が困難と判定し、受信強度が閾値αとなる時刻tαを求める。CIR推定部230は、例えば、受信部210のAD変換器のサンプリング周波数と、時刻t0から時刻tαの時間とを用いて、時刻t0から時刻tαの時間におけるサンプリング数を、推定するCIRのチャンネル数、すなわちCIR長を決定する。換言すれば、CIR長は、トレーニング信号が伝搬する通信路の数を示す。
【0044】
そして、受信部210で受信されたトレーニング信号の受信信号yと、CIRの値(等化係数)hとは、送信装置100が送信したトレーニング信号xを用いて、式(3)のように関係付けられる。
【0045】
【数2】
【0046】
ここで、トレーニング信号xは、L×Lの既知の行列を示す。また、gwは、Additive white Gaussian noise(AWGN)のベクトルを示す。そして、CIR推定部230は、式(3)を変形した式(4)を用いて、CIRを推定する。
【0047】
【数3】
【0048】
なお、式(4)における左辺のハット付きのhは、単にhとも称される。
【0049】
通信路応答H(z)は、CIRの値hを用いて式(5)のように表される。
【0050】
【数4】
【0051】
そして、時変動成分算出部240は、最新の通信路応答H(z)と、最新の通信路応答H(z)の直近に推定された通信路応答H’(z)との差分(H’(z)−H(z))を時変動成分ΔH(z)として算出する。
【0052】
なお、DFE等化部270におけるFFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)と、通信路応答H(z)とは、受信部210で受信されたトレーニング信号の受信信号yと、送信装置100が送信したトレーニング信号xとを用いて、式(6)のように関係付けられる。
x=W(z)H(z)y−V(z)y …(6)
そして、DFE等化部270が判定帰還型の等化処理を実行することによりx=yとなるため、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)と、通信路応答H(z)とは、式(7)のように関係付けられる。
H(z)=(1+V(z))/W(z) …(7)
なお、通信路応答H(z)が時変動する場合、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)も時変動する。このため、通信路応答H(z)の時変動に応じて、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)を更新する必要がある。従来は、RLSアルゴリズムを用いてFBフィルタの伝達関数W(z)のタップ係数wおよびFBフィルタの伝達関数V(z)のタップ係数vを更新するために、N+N+1個の成分を有するタップ係数w、vのベクトル(w−N1,…,w,v,…,vN2)の計算を実行する(例えば、古谷之綱 他8名,“ディジタル移動通信のための波形等化技術,” トリケップス叢書(1),1996年の56ページ参照)。この場合、トレーニングの収束時間は、学習対象のベクトルサイズと同等のN+N+1(≧2L+1)となる(例えば、A. Goldsmith, "Wireless Communications," Cambridge University Press, 2005のTable11.1参照)。
【0053】
しかしながら、通信路応答の遅延の広がりが大きく通信路の時変動が小さい、すなわちCIR長Lが大きく、かつ所定の伝送速度を満たすことが求められる長遅延波環境では、トレーニング信号を2L+1以上のシンボル長に設定することが困難な場合がある。そして、RLSアルゴリズムを用いてFBフィルタのタップ係数wおよびFBフィルタのタップ係数vを更新することが困難となる。
【0054】
そこで、長遅延波環境において、時変動成分算出部240により算出された時変動成分ΔH(z)が、通信路応答H(z)と比べて、例えば、マイナス15dB等の所定値より小さい場合、更新部260は、式(7)に基づく近似式を用いて、FFフィルタの伝達関数W(z)と、FBフィルタの伝達関数V(z)とを更新する。
【0055】
例えば、FBフィルタの伝達関数V(z)の時変動成分をΔV(z)とする場合、式(7)は、式(8)のように表される。
【0056】
【数5】
【0057】
そして、式(8)を変形することにより、時変動成分ΔV(z)は、式(9)のように表される。
ΔV(z)=ΔH(z)W(z) …(9)
一方、伝達関数W(z)の時変動成分をΔW(z)とする場合、式(7)は、式(10)のように表される。なお、式(10)は、式(7)の逆数を示す。
【0058】
【数6】
【0059】
例えば、時変動成分算出部240により算出された時変動成分ΔH(z)が、通信路応答H(z)と比べて、例えば、マイナス15dB等の所定値より小さい場合、式(11)の線形近似が成り立つ。
【0060】
【数7】
【0061】
これにより、式(10)の左辺は、式(12)のように変形できる。
【0062】
【数8】
【0063】
そして、式(12)を変形することにより、時変動成分ΔW(z)は、式(13)のように表される。
ΔW(z)=−H(z)−1W(z)ΔH(z) …(13)
更新部260は、式(9)および式(13)を用いて、FFフィルタの伝達関数W(z)の時変動成分ΔW(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)の時変動成分ΔV(z)を算出する。そして、更新部260は、伝達関数W(z)、V(z)を伝達関数W(z)+ΔW(z)、V(z)+ΔV(z)に更新し、更新した伝達関数W(z)+ΔW(z)、V(z)+ΔV(z)をDFE等化部270に出力する。これにより、トレーニング信号を2L+1以上のシンボル長に設定することが困難な長遅延波環境等の環境でも、更新部260は、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)を更新できる。そして、無線通信システムSYSは、通信品質を低下させることなく、従来と比べて伝送速度効率を向上させることができる。
【0064】
なお、式(9)および式(13)を用いることにより、更新される伝達関数W(z)+ΔW(z)、V(z)+ΔV(z)のタップ係数w、vの各々のタップ数は、最大L+N、2L+N−1となる。この場合、更新部260は、最大L+N個のタップ係数wを有する伝達関数W(z)+ΔW(z)と、最大2L+N−1個のタップ係数vを有する伝達関数V(z)+ΔV(z)とをDFE等化部270に出力してもよい。これにより、DFE等化部270は、データ信号における遅延を高い精度で補償でき、無線通信システムSYSは、通信品質の向上を図ることができる。
【0065】
また、更新部260は、最大L+N個のタップ係数wのうち伝達関数W(z)と同じN個のタップ係数wの伝達関数W(z)+ΔW(z)と、最大2L+N−1個のタップ係数vのうち伝達関数V(z)と同じN個のタップ係数vの伝達関数V(z)+ΔV(z)とを、DFE等化部270に出力してもよい。これにより、DFE等化部270は、FFフィルタにおける遅延処理の増大を回避できる。
【0066】
図3は、図1に示した無線通信システムSYSにおける通信処理の一例を示す。例えば、ステップS100からステップS120の処理は、送信装置100により実行される。また、ステップS200からステップS280の処理は、受信装置200により実行される。すなわち、図3に示した処理は、通信方法の一実施形態を示す。
【0067】
ステップS100では、変調部120は、データ受信部110を介して携帯通信端末、コンピュータ装置やネットワークから受信したデータに、QAM等の変調処理を実行し、データ信号を生成する。
【0068】
次に、ステップS110では、トレーニング信号生成部130は、例えば、データ受信部110がコンピュータ装置等からデータを受信したことを契機として、トレーニング信号を生成する。
【0069】
次に、ステップS120では、送信部150は、切替部140の切り替え動作により、トレーニング信号とデータ信号とを交互に受信し、受信したトレーニング信号とデータ信号との電磁波を、アンテナANT1を介して受信装置200に送信する。
【0070】
そして、送信装置100は、携帯通信端末等からデータを受信する度に、ステップS100からステップS120の処理を繰り返し実行する。
【0071】
ステップS200では、受信部210は、アンテナANT2を介して、ステップS120で送信されたトレーニング信号とデータ信号との電磁波を受信する。受信部210は、受信した電磁波をダウンコンバートし、受信部210に含まれるAD変換器等を用いて、ダウンコンバートしたトレーニング信号およびデータ信号をデジタル信号に変換する。受信部210は、トレーニング信号およびデータ信号のデジタル信号をDFE推定部220、CIR推定部230および適応等化部250に出力する。
【0072】
次に、ステップS210では、DFE推定部220は、ステップS200で受信したトレーニング信号に対して、RLSアルゴリズムを適用することにより、FBフィルタのタップ係数wとFBフィルタのタップ係数v、すなわち伝達関数W(z)と伝達関数V(z)とを推定する。DFE推定部220は、推定したFFフィルタの伝達関数W(z)とFBフィルタの伝達関数V(z)とを、更新部260とDFE等化部270とに出力する。
【0073】
次に、ステップS220では、CIR推定部230は、ステップS200で受信したトレーニング信号と、式(3)および式(4)とを用いて、送信装置100との間の通信路におけるCIRの値(等化係数)hを推定する。CIR推定部230は、推定したCIRの値hと式(5)とを用いて、通信路応答H(z)を推定する。そして、CIR推定部230は、推定した通信路応答H(z)を、時変動成分算出部240に出力する。
【0074】
次に、ステップS230では、時変動成分算出部240は、ステップS220で推定された最新の通信路応答H(z)と、最新の通信路応答H(z)の直近に推定された通信路応答H’(z)との差分(H’(z)−H(z))から、時変動成分ΔH(z)を算出する。時変動成分算出部240は、算出した時変動成分Δ(z)を更新部260に出力する。
【0075】
次に、ステップS240では、適応等化部250は、ステップS200で受信したトレーニング信号を用いて、トレーニング信号が送信装置100との間における通信路応答の逆応答H(z)−1を算出する。適応等化部250は、算出した通信路応答の逆応答H(z)−1を更新部260に出力する。
【0076】
次に、ステップS250では、更新部260は、ステップS230で算出された時変動成分ΔH(z)が所定値以上か否かを判定する。時変動成分ΔH(z)が所定値以上の場合、受信装置200の処理は、ステップS270に移る。一方、時変動成分ΔH(z)が所定値より小さい場合、受信装置200の処理は、ステップS260に移る。
【0077】
ステップS260では、更新部260は、式(9)および式(13)を用いて、FFフィルタの伝達関数W(z)の時変動成分ΔW(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)の時変動成分ΔV(z)を算出する。そして、更新部260は、伝達関数W(z)、V(z)を伝達関数W(z)+ΔW(z)、V(z)+ΔV(z)に更新する。更新部260は、更新した伝達関数W(z)+ΔW(z)、V(z)+ΔV(z)を、DFE等化部270に出力する。
【0078】
次に、ステップS270では、DFE等化部270は、ステップS210で推定された伝達関数W(z)、V(z)、またはステップS260で更新された伝達関数W(z)+ΔW(z)、V(z)+ΔV(z)を用いて、受信したデータ信号に対し判定帰還型の等化処理を実行する。DFE等化部270は、受信したデータ信号における遅延を補償する。DFE等化部270は、遅延を補償したデータ信号を復調部280に出力する。
【0079】
次に、ステップS280では、復調部280は、ステップS270で等化処理されたデータ信号に対して復調処理を実行し、復調したデータをデータ送信部290に出力する。その後、データ送信部290は、有線または無線を介して接続される携帯通信端末、コンピュータ装置やネットワーク等に、受信したデータを出力する。
【0080】
そして、受信装置200は、送信装置100からトレーニング信号とデータ信号と含む電磁波を受信する度に、ステップS200からステップS280の処理を繰り返し実行する。
【0081】
以上、図1から図3に示した実施形態では、受信装置200は、通信路応答H(z)の時変動成分ΔH(z)が所定値より小さい場合、式(9)および式(13)を用いて、DFE等化部270におけるFFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)を、伝達関数W(z)+ΔW(z)および伝達関数V(z)+ΔV(z)に更新する。すなわち、受信装置200は、線形近似された式(9)および式(13)を用いることにより、トレーニング信号が2L+1以上のシンボル長に設定することが困難な長遅延波環境等の環境でも、FFフィルタの伝達関数W(z)およびFBフィルタの伝達関数V(z)を更新できる。そして、無線通信システムSYSは、通信品質を低下させることなく、従来と比べて伝送速度効率を向上させることができる。
【0082】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【0083】
100…送信装置;110…データ受信部;120…変調部;130…トレーニング信号生成部;140…切替部;150…送信部;200…受信装置;210…受信部;220…DFE推定部;230…CIR推定部;240…時変動成分算出部;250…適応等化部;260…更新部;270…DFE等化部;280…復調部;290…データ送信部;ANT1,ANT2…アンテナ;SYS…無線通信システム
図1
図2
図3